تفاوت‌ها و مزایای باتری‌های جامد و باتری‌های لیتیوم سنتی چیست؟

تفاوت‌های فناورانه اساسی

باتری‌های لیتیوم-یون سنتی از الکترولیت مایع استفاده می‌کنند، اما باتری‌های حالت جامد متفاوت هستند. آن‌ها این الکترولیت مایع را با ماده‌ای جامد مثل سرامیک یا پلیمر جایگزین می‌کنند. این تغییر در ساختار قطعاتی که می‌توانند اشتعال پیدا کنند را حذف می‌کند. همزمان، اجازه طراحی فشرده‌تر سلول‌ها را می‌دهد. همچنین، باتری‌های لیتیوم سنتی معمولاً دارای آنود گرافیت هستند. در مقابل، باتری‌های حالت جامد اغلب از آنود فلز لیتیوم استفاده می‌کنند. این موضوع کمک می‌کند که باتری‌های حالت جامد انرژی بیشتری را در همان مقدار فضا ذخیره کنند.

چگالی انرژی و مزایای عملکرد

از آنجایی که باتری‌های حالت جامد الکترولیت مایع ندارند، می‌توانند مواد الکترود را به طور کارآمدتری تراز کنند. در نتیجه، چگالی انرژی آنها ۲ تا ۳ برابر باتری‌های لیتیوم-یون است. این چیزی که چه معنا دارد؟ خوب، برای دستگاه‌ها، این به این معناست که می‌توانند به مدت زمانی بیشتری فعال باشند. در کاربردهایی مانند خودروهای الکتریکی، می‌تواند منجر به کاهش قابل توجه وزن شود. تحقیقات اخیر نشان داده است که سلول‌های حالت جامد نمونه‌ای می‌توانند به چگالی انرژی ۵۰۰ وات ساعت بر کیلوگرم برسند. در مقایسه، باتری‌های لیتیوم-یون پایه بالا معمولاً چگالی انرژی ۲۵۰ تا ۳۰۰ وات ساعت بر کیلوگرم دارند.

ویژگی‌های ایمنی افزایش یافته

باتری‌های حالت جامد محلول‌کننده‌های آلی قابل اشتعال را حذف می‌کنند. به خاطر این موضوع، آنها دارای پایداری حرارتی بسیار بهتری هستند، حتی در شرایط استثنایی. آزمایش‌های تنش در آزمایشگاه نشان داده است که آنها تا دمای 200 درجه سانتیگراد ساختار خود را حفظ می‌کنند. در مقابل، باتری‌های لیتیوم-یون در معرض خطر فرار حرارتی هستند زمانی که دما به 150 درجه سانتیگراد می‌رسد. این ویژگی ایمنی داخلی باتری‌های حالت جامد را برای کاربردهایی که جلوگیری از شکست خیلی مهم است، مانند پیاده‌سازی‌های پزشکی و سیستم‌های فضایی، بسیار مناسب می‌کند.

سرعت شارژ و طول عمر چرخه

برخی از نمونه‌های پیشرفته باتری حالت جامد می‌توانند در کمتر از ۱۵ دقیقه به ۸۰٪ ظرفیت شارژ خود برسند. و آنها مشکل پوشش لیتیومی را که می‌تواند باتری‌های لیتیوم سنتی را آسیب برساند، ندارند. رابط الکترولیت جامد (SEI) در باتری‌های حالت جامد بسیار پایدار است. این رابط می‌تواند بیش از ۵,۰۰۰ چرخه شارژ را طی کند هنگامی که همچنان بیش از ۹۰٪ ظرفیت خود را حفظ می‌کند. این تحمل بلندمدت برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی که نیاز دارند هر روز به صورت عمیق شارژ و دیشارژ شوند و منتظر هستیم برای دهه‌ها به کار بروند، واقعاً مهم است.

مزایای مرتبط با کاربرد

وسایل نقلیه برقی می‌توانند از باتری‌های حالت جامد به شدت بهره‌مند باشند. با استفاده از فضا مشابه برای بسته‌بندی باتری‌ها، می‌توانند محدوده سفر خود را به میزان 30 تا 50 درصد افزایش دهند. همچنین، خطر آتش‌سوزی کاهش می‌یابد. دستگاه‌های پزشکی نقال می‌توانند طولانی‌تر بین شارژ‌ها اجرا شوند بدون اینکه استانداردهای ایمنی را کاهش دهند. باتری‌های حالت جامد می‌توانند دامنه وسیعی از دماها را تحمل کنند، از -40°C تا 120°C. این موضوع آن‌ها را برای استفاده در تجهیزات صنعتی که به شرایط محیطی سخت معرض قرار می‌گیرند، قابل اعتماد می‌کند.

بررسی تأثیرات زیست محیطی

باتری‌های حالت جامد معماری سلولی ساده‌تری دارند. این بدان معناست که نیازی به استفاده از مقدار زیادی کوبالت و سایر مواد معدنی درگیر، که معمولاً در تولید باتری‌های لیتیوم-یون استفاده می‌شوند، ندارند. پایداری الکترولیت‌های جامد فرآیند بازیافت را ایمن‌تر می‌کند و به افزایش نرخ بازیابی مواد منجر می‌شود. تولیدکنندگان همچنین در کاهش مصرف انرژی پیشرفت می‌کنند. آن‌ها هدف دارند که مصرف انرژی خود را نسبت به روش‌های مرسوم تولید باتری لیتیوم، 40 درصد کمتر کنند.